Современные технологии производства резины

                                              Содержание                                     стр.

 

Введение……………………………………………………………………. 3

1. Основные  стадии  процесса производства резины …………………8

1.1 Резина – продукт вулканизации………………………………………...8

1.2 Технология приготовления резиновых смесей………………………..9

1.3 Основные стадии производства  резины………………………………13

2. Производство  автомобильных шин………………………………….16

2.1 Строение шины и история её создания………………………………..16

2.2 Конструкция и химический состав…………………………………….19

2.3 Тенденции развития  в шинной индустрии в России 

и за рубежом………………………………………………………………..25

3. Инновации в  производстве резины..........................................................

3.1 Способ изготовления массивных шин........................................................

3.2 Пневматическая  шина..................................................................................

3.3 Инновации в производстве шины Nokian Hakkapeliitta 5……………….

Заключение………………………………………………………………………

Список  используемых источников……………………………………………

Приложения………………………………………………………………………

 

 

Введение

 

Мировое производство резиновых  изделий более 30 млн. тонн в год. Резины широко используют в технике, сельском хозяйстве, быту, медицине, строительстве, спорте. Ассортимент резиновых изделий в настоящее время насчитывает более 60 тыс. наименований. Среди них: шины, транспортные ленты, приводные ремни, рукава, амортизаторы, уплотнители, сальники, манжеты, кольца, кабельные изделия, обувь, ковры, трубки, покрытия и облицовочные материалы, прорезиненные ткани, герметики и другое. Более половины объема вырабатываемой резины используется в производстве шин. Выбранная мною тема курсовой работы  «Современные технологии производства резины» в настоящий момент, на мой взгляд, очень актуальна. Развитие производства в различных отраслях народного хозяйства требует новых материалов, в том числе и новых видов резин, которые бы отвечали постоянно меняющимся требованиям, предъявляемым  к ним.

В своей работе я хочу остановиться на производстве автомобильных шин. Изучая соответствующую литературу, проанализировать виды сырья для этого производства, рассмотреть более детально способ производства резины, познакомиться с существующими тенденциями развития шинной индустрии у нас в России и во всем мире. Человек в процессе своего развития осваивал все новые и новые материалы для изготовления одежды, обуви, продуктов питания. Одним из таких продуктов и стал натуральный каучук.

Натуральний каучук –  это эластичный материал растительного  происхождения,  добываемый из млечного сока гевеи бразильской,  состоящий в основном из полиизопрена. Полиизопрен, углеводородное полимерное химическое соединение, имеющее общую формулу (C₅H₈)_n. Как именно в дереве синтезируется углеводород каучука, неизвестно. Невулканизованный каучук становится мягким и липким в теплую погоду и хрупким – в холодную. При нагреве выше 180 С° в отсутствие воздуха каучук разлагается и выделяет изопрен.

Каучук относится к классу ненасыщенных органических соединений, которые проявляют  значительную химическую активность при взаимодействии с другими реакционноспособными веществами. Так, он реагирует с хлороводородной кислотой с образованием гидрохлорида каучука, а также с хлором по механизмам присоединения и замещения с образованием хлорированного каучука. Атмосферный кислород действует на каучук медленно, делая его жестким и хрупким; озон делает то же самое быстрее. При нагревании свыше 200 ^оС разлагается, при температуре около – 70 ^оС утрачивает пластичность и становится хрупким.

 Сильные окислители, например азотная кислота, перманганат калия и перекись водорода, окисляют каучук. Он устойчив к действию щелочей и умеренно сильных кислот. Каучук реагирует также с водородом, серой, серной кислотой, сульфоновыми кислотами, окислами азота и многими другими реакционноспособными соединениями, образуя производные, часть из которых имеет промышленное применение.

Основные виды каучука - это смокед-шит, светлый креп и пара-каучук.

Сырой каучук, предназначенный для  последующего промышленного применения, является плотным аморфным эластическим материалом с удельной массой 0,91–0,92 г/см3 и показателем преломления 1,5191. Его состав неодинаков для различных латексов и методов приготовления на плантации. Результаты типичного анализа представлены в таблице.

 

 

 

 

 

                                                     Таблица 1.1

Состав двух типов  сырого каучука в %

 

Состав (%) двух типов сырого каучука
Компонент	Копченый лист	Светлый креп
Влага	0,6	0,4
Ацетонорастворимый материал	2,9	2,9
Белки	2,8	2,8
Зола	0,4	0,3
Водорастворимый материал	1,0	1,0
Сложные эфиры, не растворимые  в ацетоне	1,0	1,0
Углеводород каучука	91,3	91,6
	100	100

Каучук не растворяется в воде, спирте или ацетоне, однако набухает и растворяется в бензоле, толуоле, бензине, сероуглероде, скипидаре, хлороформе, четыреххлористом углероде и других галогенсодержащих растворителях, образуя вязкую массу, применяемую в качестве клея.

Углеводород каучука  присутствует в латексе в виде суспензии мельчайших частиц, размер которых составляет от 0,1 до 0,5 мкм. Самые крупные частицы видны через ультрамикроскоп; они находятся в состоянии непрерывного движения, которое может служить иллюстрацией явления, называемого броуновским движением.

           Натуральний каучук растворяется в бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде. При взаимодействии с кислородом и другими окисляющими реагентами – стареет.. 

Большая трудоёмкость получения, относительно низкие качественые показатели натурального каучука и другие причины обусловили производство синтетических каучуков.

Производство синтетических каучуков состоит из получения каучукогенов (мономеров) и их полимеризации. В  качестве каучукогенов применяют бутадеин, стирол, изопрен, хлоропрен, акрилонитрил, изобутилен и др. Сырьём для их получения  служат нефть , природный газ, уголь и вещества, содержащие крахмал.

    Нефтепродукты подвергаются крекингу,  полученные продукты в результате реакций дегидрирования превращаются в диеновые углеводороды и их производные. Гидролизом  крахмалсодержащих  веществ в промышленных масштабах получают глюкозу:

 

                                   ^{ферменты}

(С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О      =   n С₆Н₁₂О₆

 

В процессе дальнейшего производства глюкоза подвергается спиртовому брожению а  образовавшийся спирт превращается в бутадиен -1,3 по методу С.В. Лебедева.

 

С₆Н₁₂О₆      ^{ферменты}                 2С₂Н₅ОН + 2СО₂

 

                 Al₂O₃, ZnO, t ْ

2С₂Н₅ОН                       Н₂С=СН –СН= С Н₂ +2Н₂О + Н₂

 

Таким образом, получается бутадиен -1,3 , полимеризацией которого получают дивинильный и бутадиеновый каучуки.

Каждая каучуковая частица  несет отрицательный заряд. Если через латекс пропускать ток, то такие  частицы будут двигаться к  положительному электроду (аноду) и  осаждаться на нем. Это явление используется в промышленности для нанесения покрытий на металлические предметы. На поверхности каучуковых частиц присутствуют адсорбированные белки, которые препятствуют сближению латексных частиц и их коагуляции. Заменяя вещество, адсорбированное на поверхности частицы, можно изменить знак ее заряда, и тогда каучуковые частицы будут осаждаться на катоде.

Каучук обладает двумя  важными свойствами, которые обусловливают  его промышленное применение. В вулканизованном  состоянии он упруг и после  растяжения принимает первоначальную форму; в невулканизованном состоянии он пластичен, т.е. течет под воздействием тепла или давления.

Одно свойство каучуков уникально: при растяжении они нагреваются, а при сжатии – охлаждаются. Наоборот, при нагревании каучук сжимается, а  при охлаждении – расширяется, демонстрируя явление, называемое эффектом Джоуля. При растяжении на несколько сот процентов молекулы каучука ориентируются до такой степени, что его волокна дают рентгенограмму, свойственную кристаллу. Молекулы каучука, добытого из гевеи, имеют цис-конфигурацию, а молекулы балаты и гуттаперчи – транс-конфигурацию. Будучи плохим проводником электричества, каучук используется и как электрический изолятор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные стадии  процесса производства резины

 

1. Резина – продукт вулканизации

 

  Резина – продукт химического превращения (вулканизации) синтетических и натуральных каучуков. Взаимодействуя с вулканизирующими веществами, каучуки претерпевают внутренние химические изменения, в результате которых образуется резина.

Резиной называется продукт специальной обработки смеси каучука и серы с различными добавками, имеющими определённое назначение. Кроме основного компонента (каучука), в состав резины входят вулканизаторы, или агенты  (сера, селен, перекиси), ускорители (оксиды свинца, магния, полисульфиды), противостарители, мягчители или пластификаторы, наполнители активные (сажа, окись цинка) и неактивные (мел, тальк, барит, регенерат), красители и другие составляющие.

Резина обладает высокой  эластичностью, что позволяет изделиям из нее выдерживать значительные деформации. Эластичность сочетается с высоким сопротивлением разрыву, истиранием, способностью поглощать колебания, газо- и водонепроницаемостью и ценными диэлектрическими свойствами. Резина – смесь различных компонентов. Свойства резиновых изделий определяются их различным соотношением. К составляющим резиновых смесей относится каучук, вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, наполнители, противостарители, смягчители и красители. Свойства резины зависят, прежде всего, от типа каучука, применяемого для её производства. Резина отличается высокой эластичностью, способностью к большим деформациям, малой сжимаемостью, высокой стойкостью к истиранию, газ- и водонепроницаемостью, химической стойкостью, электроизоляционными свойствами, небольшой плотностью, высокой теплостойкостью.

2. Технология приготовления резиновых смесей

 

Основными операциями в  технологии приготовления резиновых  смесей являются подготовка ингредиентов, их смешивание и получение полуфабрикатов определенной формы. 
Каучук нарезают на куски и пластифицируют с помощью многократного пропуска через специальные вальцы, подогреваемые до 40-50° С. В результате получают однородную пластическую массу, обладающую способностью хорошо смешиваться с остальными ингредиентами. 
Пластифицированный каучук смешивают на вальцах или в смесителях с порошкообразным наполнителем и другими ингредиентами. Первым в каучук вводят противостаритель, последним серу или ускоритель вулканизации. Полученную в результате смешивания массу подвергают каландрированию. 
Каландрирование резиновых смесей проводят на специальных машинах (каландрах) для получения сырой резины в виде листов или лент определенной толщины. По конструкции каландры похожи на рабочую трехвалковую клеть листопрокатных станов.

Верхний и средний  валки каландра подогреваются до 60-95° С, а нижний охлаждается до 15° С. Резиновая масса направляется в зазор между верхней парой валков; нагреваясь на них, она обволакивает средний валок и втягивается в зазор между средним и нижним валком. Выходящую с каландра листовую резину накладывают на прокладочную ткань, предупреждающую от слипания, и наматывают на деревянные барабаны. В таком виде сырая каландрованная резина может сохраняться при температуре 5-20° С до трех месяцев. Каландрованная резина в дальнейшем подвергается формованию.

 

 

1.3Основные стадии производства резины

 

           Одно из важнейших свойств каучука – пластичность – используется в производстве резиновых изделий. Чтобы смешать каучук с другими ингредиентами резиновой смеси, его нужно сначала умягчить, или пластицировать, путем механической или термической обработки. Этот процесс называется пластикацией каучука. Открытие Т.Хэнкоком в 1820 возможности пластикации каучука имело огромное значение для резиновой промышленности. Его пластикатор состоял из шипованного ротора, вращающегося в шипованном полом цилиндре; это устройство имело ручной привод. В современной резиновой промышленности используются три типа подобных машин до ввода других компонентов резиновой смеси в каучук. Это – каучукотерка, смеситель Бенбери и пластикатор Гордона. Использование грануляторов – машин, которые разрезают каучук на маленькие гранулы или пластинки одинаковых размеров и формы, – облегчает операции по дозировке и управлению процессом обработки каучука. каучук подается в гранулятор по выходе из пластикатора. Получающиеся гранулы смешиваются с углеродной сажей и маслами в смесителе Бенбери, образуя маточную смесь, которая также гранулируется. После обработки в смесителе Бенбери производится смешивание с вулканизующими веществами, серой и ускорителями вулканизации.